マインドマップギャラリー 科学技術のフロンティア 材料科学 (パート 2)
材料を事前に理解することで、あなたはその分野の将来のゲームルールの作成者となり、材料科学分野の変革を目撃し、この熾烈な競争時代において材料科学に隠された新たなチャンスを共同で掴むことができるかもしれません。
2024-01-14 09:31:59 に編集されました
11|はしご型ポリマーエネルギー貯蔵庫 ~砂漠でエネルギーを貯蔵するには?
はしご型ポリマーが断熱性と放熱性の矛盾を解決
安定した構造
電子位置をロックする
断熱性能の向上
トラップ構造により故障を回避
ラダーポリマーは放熱性に優れています
柔らかい素材
分子振動がエネルギーを伝達する
冷却効果の向上
高温下でも効率的に動作します
耐熱性が強い
高温環境にも耐えられる
200℃でも安定
通常のフィルム材料の融点を超える
はしご型ポリマーは自己修復特性を持っています
復元可能
損傷することなく高圧に耐えます
製品の安定性の向上
革新的な材料研究の意義
従来の断熱性と熱伝導性の矛盾を打破
材料研究者に新たなソリューションを見つけるよう促す
材料科学の応用分野の拡大
ラダーポリマーの工業生産への応用展望
太陽光発電設備の信頼性向上
高い周囲温度の問題を解決する
コンデンサの性能と耐久性を向上
工業化の課題と展望
カスタマイズされた原材料の供給が工業化プロセスを制限する
より低い生産閾値
製品の安定性の向上
コストを削減するソリューションを探している
研究の進捗状況を追跡し続ける
研究の新たなブレークスルーを模索する
より実現可能な工業化ソリューションを開発する
継続的な生産コストの削減
ラダーポリマーの実用化に期待
12|高効率結晶材料~地熱エネルギーをより効率よく変換するには?
熱電材料の概要
電気伝導率と熱伝導率の関係
ラダーコポリマーの特徴
熱電材料は熱と電気を相互に変換できます
熱電材料の応用
コンデンサの性能を向上させる
地熱エネルギーを利用して直接発電する
冷却と冷却の問題を解決します
熱電材料の研究課題
理論モデルは明確ではない
熱電効果の微視的なメカニズムはまだ完全には解明されていない
熱電材料のモデル
効果的な媒体モデル評価の変換効率
欠陥モデルにより熱伝導率が低下
格子プライムモデルのドーピングとホール数の制御
趙立東チームの研究結果
高効率熱電結晶材料を合成
発電効率は12.2%に到達
理想的な冷却効果
熱電材料の産業化の展望
対応する産業設備と技術サポートが必要です
市場の需要と資源の豊富さ
工業化には長い時間がかかると予想される
工業化の必要性
高効率の熱電材料に対する需要は客観的に存在します
忍耐強く、しかし献身的に取り組む
結論は
熱電材料は重要な応用の可能性を秘めた研究分野です
趙立東のチームの結果は画期的だ
工業化には依然として技術サポートと忍耐が必要です。
13|幹細胞ハイドロゲル~糖尿病治療における新展開とは?
世界の糖尿病罹患率は10%
世界中で10人に1人が糖尿病を患っている
糖尿病は回復が難しく、合併症を引き起こしやすい
糖尿病合併症治療用の最先端材料としての幹細胞ハイドロゲル
糖尿病合併症問題解決の鍵
糖尿病性足などの合併症の治療に役立ちます
ハイドロゲルには薬物を徐放する機能があります
薬物の徐放を実現
薬の作用を長引かせる
幹細胞は膵島細胞を再生できる
糖尿病を治療する可能性のある方法
膵島細胞の機能を回復する
ハイドロゲルと幹細胞の組み合わせには課題がある
幹細胞には成長因子の刺激が必要です
ヒドロゲルは成長因子の活性を維持する必要がある
ポリエチレングリコールはヒドロゲルの分解を遅らせます
ハイドロゲルの有効性を延長する
キャリアとしてのポリマー材料
血漿は成長因子の活性を維持します
血漿をキャリアとして使用する
幹細胞成長因子の活性を高める
技術的な障害と長期にわたるアプリケーションの検証には時間がかかる
幹細胞ハイドロゲルの研究はさらに改善する必要がある
臨床応用は検証に時間がかかる
14|ガスセンサー~ガス漏れをよりタイムリーに検知するには?
1: ヤン・アイジュンのチームとその功績
若き科学者ヤン・アイジュンと彼のチーム
一連の結果を達成する
世界のトップ科学者のリストに選ばれる
2: ガスセンサーの基本原理
特定のガス種を感知する能力
工業デザインの課題
化学反応と電流の発生
3: ガスセンサーの違い
ガス種の多様性
分子量と化学反応特性の違い
4: カスタマイズされたデザインの課題
特定ガス用のセンサー設計
さまざまなガスの検出における制限
5: ガスセンサーへの半導体の応用
酸化物半導体のメリット
半導体の導電率変化を利用したガス検知
センサー感度に対する半導体形態の影響
6: 高感度と高感度のソリューション
警報システムにとって高感度の重要性
半導体形状と量子ドット材料を使用して改良
ガス検知の感度問題を解決
7: 実用化と産業化の展望
水素およびリチウムイオン電池警報システムの応用
高感度センサーに対する潜在的な市場需要
科学研究と企業協力の産業化発展動向
8: ガスセンサーの開発展望
ガスセンサーは急速な開発段階にあります
新しい半導体センサーの導入と開発
正確な市場分析と投資決定が必要
15|免疫療法材料 ― がん治療に新たな希望が生まれる?
治療 放射線療法、化学療法、免疫療法
免疫療法は、免疫機能を改善することでがん細胞を特定し、死滅させます。
免疫療法はがんを克服する新たな希望と見なされている
免疫微環境解析
微小環境とは、腫瘍周囲の状態と免疫系の状態を指します。
免疫微小環境はがん治療にとって重要です
免疫微小環境の困難
弱酸性環境は薬効に影響を与える
低酸素は免疫細胞の機能を制限する
ナノ炭酸カルシウムの応用
ナノ炭酸カルシウムは薬物担体として使用可能
リアクター形式により、弱酸性および無酸素環境が改善されます。
二酸化マンガンの応用
二酸化マンガンは酸性環境および活性酸素種と反応します。
酸素とマンガンイオンを生成して免疫機能を向上させます
腫瘍微小環境の利用
腫瘍微小環境の特性を最大限に活かす
微環境の変化は治療効果を促進する可能性がある
革新的な素材の未来
個別化された治療はがん治療の効果を向上させます
腫瘍微小環境の研究は産業化の促進に期待
開発と適用にかかる時間
研究開発チームはその後のアプリケーション作業に取り組んでいます
シンプルなデザインと実現可能な工業化技術
16|ペロブスカイト太陽エネルギー――太陽光発電投資の激戦区?
ペロブスカイト太陽エネルギーの背景と開発動向
日本、米国、韓国、その他の国はペロブスカイト太陽エネルギー産業の発展に多額の投資を行っている
ペロブスカイトの応用可能性については学術界で論争がある
ペロブスカイト太陽エネルギーの基本概念と構造
ペロブスカイトは、特定の結晶構造を持つ光電子材料です。
構造的特性が電気的特性を決定します
ペロブスカイト太陽エネルギーの競争上の利点
ポリシリコンよりも高い光電変換効率
競合他社のポリシリコンの安定性と寿命の問題
ペロブスカイト太陽エネルギーの開発課題
材料構成は多様であり、明確な最適な選択はありません
インターフェースの欠陥とアセンブリの問題に対処する必要がある
ペロブスカイト工業化におけるテクノロジーの重要性
技術的な最適化は商品化への主な投資です
長寿命と安定性が工業化の焦点
各国の発展状況
米国の科学者は、特に耐用年数に焦点を当ててペロブスカイト電池の分野で進歩を遂げている
中国の学者の研究は界面欠陥などの問題に焦点を当て、世界トップクラスにランクされる
ペロブスカイト太陽光発電への投資アドバイス
慎重に様子見し、製品の下限値に注意してください。
組み立てや発電など総合的に検討する必要がある
ペロブスカイト太陽エネルギーの開発には変動要素がある
システム製品は素材だけではありません
今後の問題は開発の見通しに影響を与える可能性があります
17|ニオブ合金~ロケット製造と切っても切り離せない理由とは?
ニオブ合金の重要性と利点
資源防衛戦争:インド、ニオブの輸出を禁止し、ニオブ鉱石のオプション価格を引き上げ
インド政府、ニオブなどレアメタル4種の輸出を禁止
インド宇宙機関、ジェットエンジンのニーズに応えるニオブ合金を開発
中国、新たなニオブ鉱石の発見を発表
重要な戦略的資源
ニオブ合金の特徴と用途
融点が高く、抗酸化作用が強い
利点 - 高温耐性、強力な耐食性
ニオブは耐食性に優れ、高温環境に適しています。
ニオブ合金は鍛造と加工が容易で、その特性を保持します。
航空宇宙用ジェットエンジンに使用
航空宇宙のニーズを満たす
宇宙船スラスター -- アポロ 11 号
応用
問題点と改善点
ニオブ合金の重量
自重と耐食性
液体酸素エンジンには、ニオブ合金の耐食性に対する高い要件があります。
炭化ケイ素コーティングによるニオブ合金の耐食性の向上
炭化ケイ素は効果的に重量を軽減します
インパクトと工業化により資源消費が削減される
インドのイノベーション
インドはニオブ合金の改善を達成するために炭化ケイ素コーティングを使用しています
炭化ケイ素コーティングと構造サポート
炭化ケイ素は構造サポートの役割の一部を果たします
炭化ケイ素とニオブ合金の溶接による複合材料設計
高温耐食性の問題を解決し耐久性を向上
応用分野の拡大
航空宇宙
ミサイル
飛行機
ドローンや有人航空機のエンジンには軽量化が必要
18|脂質ナノ粒子~遺伝子薬物治療のターゲットをどう定めるか?
脂質ナノ粒子は遺伝子医薬品の担体である
細胞膜の主成分
脂質
研究プロセスで小胞の形成を発見し、それを薬物送達に応用しようと試みる
核酸送達は、核酸をパッケージ化して人体の関連部分に輸送するために使用されます。
mRNAワクチンの使用の成功により研究が促進される
ベクターとしてのワクチンを迅速に開発
キャリア構成
アミノ脂質
両親媒性リン脂質
ステロール
ポリエチレングリコール
ドラッグデリバリーにおける課題と利点
薬物で保護された脂質ナノ粒子が核酸を損傷から保護
細胞取り込み 細胞内に取り込まれた核酸が放出される仕組み
私たちが直面している問題
脂質ナノ粒子は血液中のリポタンパク質による干渉を受けやすい
体の他の部分に広がる
ターゲットの位置を示す良い指標ではありません
Sigwalt チームが新しいアプローチを提案
選択的臓器ターゲティングアプローチ
問題解決のアイデアにより、特定の臓器を標的とする脂質ナノ粒子の同定が向上
表面修飾法では、抗体修飾を使用して認識能力を向上させます。
適応性脂質ナノ粒子構築のための微環境応答
応用の見通し
スマート交通機関が再び治療に革命をもたらす可能性がある
肺疾患治療のためのネブライザーによる呼吸療法
脳疾患治療は血液脳関門を突破して治療する
アメリカの科学者がさらなる研究方法を提案
認識・応答機能を高める手法の改善
多角的な研究と様々な研究チームの共同研究
中国の科学者の参加
人間の治療分野に希望を与える
ドラッグデリバリーを変える潜在的なアプリケーション
離島探査から地球規模の応用までのマッピングプロセス
19|メタマテリアル――人間の透明化は可能か?
メタマテリアルの特殊な特性
人工的に設計された構造物
並外れた物理的特性を持っています
最先端素材の配置一覧
メタマテリアルの勉強方法
電磁波の人為的操作
電磁場と物質の間の相互作用の原理を理解する必要がある
物質哲学の完全性を理解する
複数のマテリアルを使用してメタマテリアルを作成する
メタマテリアルの計算による証拠
数学的操作はメタマテリアルの存在をサポートします
メタマテリアルには電磁波を操作する能力がある
3 次元構造の複雑さにより、理論上のパラメーターと実際のパラメーターの間に偏差が生じます。
構造を活用してメタマテリアル特性を実現
材料構造に起因する損失問題の解決に焦点を当てています
材料を再結合して適切な構造を形成する
構造が新しい材料特性を決定する
2次元メタマテリアルとしてのメタサーフェス
二次元構造は三次元構造よりも実装が容易です
光波はメタサーフェスで負に屈折します
メタサーフェスが現実に発見された
メタマテリアル実装の影響
電磁波操作を変更する
コミュニケーションの分野でゲームのルールに影響を与える
ステルス素材は光の屈折と散乱を変化させることができます
3次元メタマテリアルはより強力な効果をもたらします
3次元メタマテリアル実現の課題
複雑な三次元構造により合成が困難
メタサーフェスは 2 次元でのみ相互作用できます
メタマテリアルの実現を待つ忍耐と理論的ブレークスルー
メタマテリアル時代の将来展望
人類がメタマテリアルの時代に突入することを楽しみにしています
重要な理論研究と画期的な成果
メタマテリアルの実現は新たな発展と課題をもたらす
20|二酸化炭素変換材料 ~よりグリーンに、より環境に優しく、より環境に優しいものにするには?
電極触媒変換の実装パス
二酸化炭素が活性化され、有用な物質に変換されます
シングルカーボン製品への変換
一酸化炭素
メタン
触媒を使用して反応速度と効率を向上させる
適切な触媒表面構造を設計する
製品の付加価値が低い
商品価値が低い
変換が困難な理由
対称性の高い分子
特殊な構造
相互に組み合わせるのは簡単ではありません
適切な反応経路と活性化レベルの欠如
主にシングルカーボン製品
マルチカーボン製品の変換を達成するための触媒の最適化
適切な触媒構造を設計する
シングルカーボン製品からダブルカーボン製品またはマルチカーボン製品への変換
エチレン
プロパノール
電極触媒反応の利点と展望
電気駆動の反応は効率が高く、拡張できる可能性があります。
廃電力資源を処理に活用
風力発電と太陽光発電の資源は地球上に比較的豊富にあります
対象製品は調整可能
需要に応じてさまざまな化合物を生産します
地球の二酸化炭素への取り組み
立ち入り禁止の土地での処理
他の治療法と併用する
電極触媒における課題と今後の展開
特殊な構造問題を解決するためのより適切な触媒を探しています
電極触媒の基礎理論を深く学ぶ
21|Mengene -- グラフェンの「春」は本当に来るのか?
グラフェンの重要性
ノーベル賞受賞者
未来素材の王様
破断強度は鋼の100倍
グラフェンの工業化の進展
過去10年間で価格は1万倍近く下落した
無責任な業界報告により工業化の進展は限定的
グラフェン工業化のジレンマ
マッチングシステムが無い
急速すぎる産業発展はボトルネックにつながる
グラフェン用途における逸脱
伝統産業の制約
貧弱なアプリが表示される
画期的な進歩 - モンテネネ
スキン素材にはモネンを使用
グラフェン転写問題の解決
特性
超薄くて硬い
電気伝導性と熱伝導性の両方
応用
グラスファイバー表面の塗布
風力タービンブレードの除氷
工業化の見通し
パイロット生産ラインが設置されました
スケールトライアル段階に入る
利回りは重要な指標です
先端科学技術材料科学(後編)